ZrB2-SiC-Nb疊層復合材料的制備與性能.pdf

1、ZrB2具有低理論密度、高熔點、高硬度、高彈性模量、高抗彎強度、低電阻率、良好的化學穩(wěn)定性等種種優(yōu)良性能。ZrB2與SiC復合后兼具優(yōu)良的抗氧化能力，被期望廣泛應用于航空航天、軍事等領域。但是，ZrB2-SiC復相陶瓷的缺點也非常明顯，即陶瓷的斷裂韌性低（4-5MPa·m1/2），這極大程度地限制了ZrB2-SiC陶瓷的應用。因此改變其斷裂韌性成為當前研究的一個重要工作。
　　與難熔金屬復合是大幅度提高超高溫陶瓷韌性又不明顯降低其

2、使用溫度的一種途徑。但ZrB2、SiC與難熔金屬強烈反應使金屬失去增韌作用。本論文采用在超高溫陶瓷基體ZrB2-25％vol SiC與難熔金屬Nb間鍍不與基體和金屬強烈反應的ZrC，阻隔它們之間的反應來實現(xiàn)二者的復合。
　　首先利用電場活化燒結爐制備了致密度較高的直徑為50mm的純ZrC陶瓷靶材。研究了燒結條件對靶材致密度的影響：ZrC陶瓷靶材的致密度隨著燒結溫度、燒結壓力的升高而增加，隨著升溫速率的提高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在

3、1900℃、30MPa、100℃/min的工藝參數(shù)下得到了致密度96.3%的ZrC陶瓷靶材。
　　其次，利用磁控濺射在不同溫度下、不同時間下沉積了 ZrC薄膜，研究了沉積條件對薄膜結構的影響。薄膜的沉積速率隨著溫度升高而降低，薄膜的結晶性隨溫度升高而增強，致密度隨著溫度的升高而增大。在500℃時薄膜致密度達到了74%。
　　緊接著采用等離子活化燒結，以上述工作中制備好的鍍有 ZrC薄膜的金屬Nb箔做為中間層材料，與ZrB2-

4、25vol%SiC的粉末以疊層的方式在不同溫度下進行燒結。研究了燒結溫度對復合材料結構和性能的影響。在1600℃的燒結溫度以下都有少許金屬 Nb相的殘留，但復相陶瓷的結構不致密，陶瓷的的機械性能很差，即使有金屬Nb相的殘留斷裂韌性也不高，只有7.1MPa·m1/2。當燒結溫度達到1800℃時ZrB2-SiC陶瓷雖然燒結致密但是中間層的Nb箔幾乎被完全反應，斷裂韌性值僅有6.3MPa·m1/2，增韌效果不明顯。
　　然后采用等離子活

5、化燒結先制備出致密的ZrB2-SiC復相陶瓷塊體材料，再分別與鍍有ZrC薄膜的金屬Nb箔和純Nb箔材料以疊層方式進行燒結。研究了燒結溫度、燒結壓力、保溫時間以及ZrC膜對ZrB2-SiC/Nb疊層材料的影響。ZrB2-SiC/Nb疊層材料中，保留下來的金屬層厚度以及材料斷裂韌性隨著燒結溫度的升高而降低，隨著燒結壓力的提高而減少，隨著保溫時間的增加而降低。ZrC薄膜對減弱Nb與陶瓷基體反應有一定的作用。燒結溫度1500℃、燒結壓力10MP